如何使用能量采集的高可靠性工業控制環境

Spansion公司MB39C831的圖

圖3：MB39C831跟蹤源的最佳功率點為最有效的能量轉換。

有可能使用低電壓設計(圖3)，以啟動從0.35訴該設備適應其中的單細胞的太陽能電池被視為輸入的應用程序，并提供為3.0V至5.0 V的輸出與41微安靜態電流傳感器節點的電源。該裝置的一個主要特征是，它通過使用脈沖頻率模式(PFM)和脈沖寬度模式(PWM)轉換之間自動切換優化功率轉換的效率低輸出功率期間。

這種適應性措施也有助于其他能源，如熱能。這可以用來在工廠車間從熱的差異產生動力。熱機如萊爾德WPG-1可以提供高達1.5毫瓦可用輸出功率，并能處理范圍廣泛的負載電阻(如圖4)。一個超低電壓升壓轉換器被結合到下20°K提供可用輸出功率為低的溫度差異。輸出功率可以被調節，以適應三個電壓設置點：3.3伏，4.1伏或5.0 V至該傳感器節點的電源或甚至更大的設備。

的單元是收割廢熱，并將其轉換為可使用的輸出DC功率無線傳感器網絡的自包含薄膜熱電發電機。對于不同的熱差異或輸出電壓，定制設計服務，可容納備用吸熱和散熱機制。

萊爾德WPG-1熱機電流輸出的圖像

圖4：根據溫度差萊爾德WPG-1熱機的電流輸出。

進一步增強了能量采集源的可靠性的一種方法是使用一個電容器組收集的能量之前，要么使用或存儲在本地電池。從先進的線性器件EH300 / EH301系列EPAD能量采集模塊可以接受的能源來自眾多來源提供傳統的3.3 V和5.0 V輸出與低功耗間歇工作周期采樣的數據或狀態的監測，以及極端的壽命要求的應用。這些模塊是完全自供電，總是處于活動模式，這樣他們可以接受的瞬時輸入電壓范圍從0.0 V至+/- 500伏交流或直流，并且輸入電流從200 nA至400毫安從產生電能量收集源能在任何一個穩定或間歇性和不規則的方式與不同的源阻抗。

EH300模塊的高級線性器件圖像

圖5：從先進的線性器件EH300模塊使用電容器組從各種能量采集源提供一個始終保持接通電源管理。

每個模塊設置兩個電源電壓閾值+ V_low DC和+ V_high直流之間進行操作，對應于最小(VL)和最大值(VH)的電源電壓為傳感器節點。

當能量源開始能量轉換成一個模塊，作為電荷脈沖的輸入端注入，這些電荷包被收集，積累和存儲到內部存儲電容器組。對于最常見的能量采集應用中，電能電荷分組到達的輸入電壓尖峰是不受控制的和不可預測的形式。通常，這些涵蓋廣泛的電壓，電流和時間波形的，它可以是很難處理。作為一個例子，在4分鐘內以10微安的平均輸入電流以僅僅1.0微安的平均輸入電流的EH300模塊罐周期和40分鐘內。

結論

能量收獲可將功率傳遞到傳感器網絡而不通過電源電纜的限制的有效方法。放置到需要的地方，并且通過設備的振動或以上的供電的燈，在該地方的傳感器可以是一種創新的方式來獲得非常有用的數據，以確保工廠系統可靠地運行。加充電電池延伸的維修和更換周期急劇并提供一種靈活的和有效的方式經由無線傳感器網絡可靠地監測設備。